Progettazione della luce naturale e criteri di scelta dei serramenti • • • • • • premesse Valutazione della luce naturale Variabili di progetto Grandezze Normativa Strumenti di analisi illuminotecnica: il VIZ • • • • Luce naturale: RAI o FMLD? Luce naturale: conclusioni Criteri di scelta del serramento: • • • • • Distribuzione della luce e configurazione delle finestre Grandezze, parametri e prestazioni Le superfici trasparenti Tecnologia Soluzioni progettuali (corretta posa in opera) Arch. Giulio Camiz – Progettista per la regione Lazio VELUX ITALIA s.p.a. Arch. Andrea Impavidi – Progettista per la regione Toscana VELUX ITALIA s.p.a. MH2020/LFe/ MAY2008 TUTTO È INIZIATO NEL 1941… Il marchio VELUX è la combinazione di due parole latine VENTILATIO … ventilazione + LUX …………… luce VELUX ha creato la cultura dell’abitare il sottotetto diffondendo valori legati al comfort, al benessere, al risparmio energetico. LUCE ARIA VISUALE MH2020/LFe/ MAY2008 Dalla teoria Alla pratica Criteri progettuali Ventilazione naturale Schermi solari Controllo della luce Luce indiretta Effetto serra Protezione esterna Energia solare Effetto camino LUCE, VENTILAZIONE NATURALE E COMFORT luce e ventilazione naturale><risparmio energetico><comfort sono elementi strettamente connessi Come valutare il comfort? Non esistono formule in grado di misurare il livello di comfort, la percezione di comfort è individuale ed è influenzata da vari fattori personali e ambientali: • indice di ricambio d'aria • umidità dell'aria • temperatura dell'aria • livello di rumore • livello di illuminamento naturale ed esposizione alla radiazione solare benessere acustico luce naturale benessere termico salubrità dell'aria premesse MH2020/LFe/ MAY2008 Il codice genetico dell’uomo nasce in grandi spazi aperti Siamo fatti per vivere con la luce naturale Eppure passiamo la maggior parte del nostro tempo in ambienti chiusi… UNA PROVOCAZIONE! Edificio standard Provocazione Le finestre sono distribuite in modo da ottenere un livello di illuminazione ottimale - RAI 1/8 La simulazione considera i costi di: Le finestre vengono chiuse e sostituite dall'impiantistica: - riscaldamento - ventilazione forzata - climatizzazione La simulazione considera i costi di: - illuminazione artificiale - riscaldamento - ventilazione forzata - climatizzazione UNA PROVOCAZIONE! ... edificio residenziale privo di finestre (Francia 1971) ... edificio scolastico privo di finestre (USA 1978) UNA PROVOCAZIONE! Luce standard Solo luce naturale Soluzione B - senza finestre La luce artificiale riproduce esattamente la luce naturale della soluzione standard Soluzione C - senza finestre La luce artificiale viene limitata a un livello massimo di 500 lux Soluzione C - senza finestre La luce artificiale viene limitata a un livello massimo di 200 lux Valutazione della luce naturale MH2020/LFe/ MAY2008 Criteri progettuali Ventilazione naturale Schermi solari Controllo della luce Luce indiretta Effetto serra Protezione esterna Energia solare Effetto camino Luce naturale Kimbell Art Museum, Louis Kahn – Texas - USA Scuole Studiare in ambienti illuminati naturalmente aumenta le capacità di apprendimento degli studenti. Gli studenti in aule con più luce naturale ottengono votazioni tra il 7% e il 18% più alte8 Una esposizione più lunga alla luce naturale porta a un miglioramento dell’umore, minori malattie e migliora le relazioni sociali9 L.Heschong, Daylighting and Human Performance, ASHRAE Journal, vol. 44, no.6, pp. 65-67, 2002 Jennifer A. Veitch & Anca D. Galasiu, The Physiological and Psychological Effects of Windows, Daylight and View at Home: Review and Research Agenda, 2012 8 9 Scuole Kindergarten Neufeldt – Austria Ambienti di lavoro Negli ambienti di lavoro grazie alle migliori qualit̀ à della luce naturale, in partico lare la sua migliore resa cromatica, si ottiene un importante aumento dell’efficienza lavorativa. La luce artificiale riesce a sollecitare l’attenzione nel breve periodo, ma induce affaticamento nel lungo periodo con conseguente calo del rendimento lavorativo. Una maggiore quantità di luce naturale negli ambienti di lavoro aumenta la produttività tra il 15% e il 25%. 10 Paul Tortellini of the US government’s National Renewable Energy Laboratory, Literature Study. Ambienti di lavoro Green Lighthouse – Copenhagen - Danimarca Residenziale La quantità di luce è, per il 60% delle persone, il primo requis ito nella scelta di una abitazione, incide per o ltre il 10% sul valore dell’immobile e reduce i tempi di vendita del 50% 1 2 Ristrutturazione privata – Messina 12 ENEA - Assoimmobiliare La percezione emotiva spontanea degli utenti Residenziale 13 Non va inoltre dimenticato che per l’essere umano l’insufficiente esposizione alla luce del sole può provocare anche problemi prettamente fisiologici in quanto: - la radiaz ione ultravio letta (UV) concorre alla sintesi della vitamina D (necessaria al metabolismo del Fosforo e del Calcio) la cui carenza provoca rachit ismo, osteoporosi, carie dentaria - l’assenza di luce stimola la produzione di melatonina, un’eccessiva produzione provoca un indebolimento del sistema immunitario, patologie nervose e depressione - l’esposizione alla luce naturale favorisce la produzione di serotonina, un ormone che dà sensazione di benessere e che, allo stesso tempo, riduce la concentrazione nel sangue di ormoni, come noradrenalina e adrenalina, responsabili dello stress. Brown, M. J., & Jacobs, D. E. (2011). Residential light and risk for depression and falls: Results from the LARES study of eight European cities. Public Health Reports, 126(Supplement 1), 131-140. 13 Importanza della luce naturale Lunghezza d’onda e flusso luminoso La radiazione solare è composta da tre diverse tipi di luce: quella infrarossa, quella visibile, quella ultravioletta. L’apparato visivo umano si è sviluppato in funzione dell’utilizzo della luce naturale, è intuitivo pertanto che quest’ultima risulti per esso qualitativamente migliore di qualsiasi luce artificiale. La sensibilità del nostro occhio è massima in corrispondenza della parte centrale dello spettro della luce solare a mezzogiorno, che corrisponde al giallo citrino. Lunghezza d’onda e flusso luminoso Le sorgenti di luce artificiali riescono solo ad approssimare con vari artifizi lo spettro della luce. solare. Kimbell Art Museum, Louis Kahn – Texas - USA Kimbell Art Museum ampliamento, Renzo Piano – Texas - USA Casa Studio Luis Barragan – Città del Messico Edilizia ai giorni nostri…. Protezione dagli agenti atmosferici + “delicatezza” e scarsa versatilità dell’involucro + ritmi differenti, diverso rapporto con gli spazi aperti + sviluppo e ottimizzazione delle tecnologie per produzione d’energia = E’ possibile portare luce naturale nella maggior parte degli ambienti, senza per questo compromettere la funzione protettiva dell’involucro abitativo. E’ possibile progettare edifici in cui l’illuminazione naturale sia ottimale e al contempo la permeabilità dell’involucro sia controllata. variabili di progetto MH2020/LFe/ MAY2008 Disponibilità di luce naturale La disponibilità di luce naturale varia in funzione dell'apporto di luce solare diretta, diffusa e riflessa: - La quantità di luce solare diretta può superare i 100.000 lux - La quantità di luce diffusa (data dal cielo) può superare i 10.000 lux - La quantità di luce riflessa varia in funzione delle superfici riflettenti (prato, asfalto, altri fabbricati, vegetazione, acqua...) - Dall’orientamento della finestra: zenit, orizzonte… Disponibilità di luce naturale La disponibilità di luce naturale varia in funzione dell'apporto di luce solare diretta, diffusa e riflessa: - La quantità di luce solare diretta può superare i 100.000 lux - La quantità di luce diffusa (data dal cielo) può superare i 10.000 lux - La quantità di luce riflessa varia in funzione delle superfici riflettenti (prato, asfalto, altri fabbricati, vegetazione, acqua…). Disponibilità di luce naturale In contesti densamente edificati la somma della luce riflessa e della luce diffusa può superare quella della luce solare diretta... di conseguenza ... prima di pensare alla forma dell'edificio o alla distribuzione degli spazi interni è indispensabile studiare il sito e valutare/misurare la quantità di luce naturale disponibile. Località, contesto La disponibilità di luce naturale varia in funzione della località di progetto, dipendendo in particolare dalla LATITUDINE (La disponibilità di luce diffusa con condizioni di cielo coperto cambia in funzione della distanza dalla linea dell’equatore) dall’ORIENTAMENTO (il rapporto che l’immobile e i suoi fronti sviluppano con i punti cardinali e dunque con il percorso del sole) Orientamento • L'orientamento dell'edificio influenza la quantità e la qualità della luce naturale • Le finestre orientate a Nord ricevono prevalentemente la luce diffusa del cielo e forniscono agli ambienti una luce costante e confortevole. Questa tipologia di finestre è particolarmente efficace negli edifici di grandi dimensioni e pur garantendo una buona illuminazione non causa sovraccarichi termici estivi. • Le finestre orientate Est e Ovest forniscono una luce solare diretta che varia considerevolmente nell'arco della giornata, luce diretta con bassi angoli solari (mattina o sera) e luce diffusa per molte ore del giorno. • Limitare il più possibile le aperture orientate a Est e Ovest • Dotare le finestre di schermature solari esterne dinamiche (le uniche in grado di garantire efficienza durante l’intero arco della giornata) • Quando possibile posizionare a Est e Ovest i locali di servizio (cucine, vani tecnici, bagni, ripostigli, scale …) • Le finestre "zenitali" se posizionate orizzontali o a bassa pendenza forniscono luce diretta anche se orientate a Nord. Tutte le finestre zenitali devono essere dotate di schermi solari dinamici. • Finestre orientate a Sud: sono le più efficienti (forniscono una grande quantità di luce naturale) ma devono essere dotate di schermi solari fissi o dinamici per il controllo dell'irraggiamento estivo Geometria La disponibilità di luce naturale varia in funzione della forma dell’ambiente/immobile considerato, dipendendo dalle dimensioni dello stesso, dagli angoli formati dalle superfici, dalla profondità, dal rapporto con gli edifici circostanti. Esempio - 3 differenti configurazioni di finestre Dimensioni stanza B x P x H: 6m x 4m x 3m Riflettanza superfici : Pavimento 0.35, muri 0.66, soffitto 0.90 Superficie finestra 10% Superficie finestra 30% FLDm 1.9% Solo una delle tre scrivanie raggiunge FLD sufficiente Abbagliamento: limitato FLDm 5.1% Solo due delle tre scrivanie raggiunge un FLD sufficiente (fino a 4,5m dalla facciata) Abbagliamento: forte Superficie finestra 20% (10% verticale + 10% zenitale) FLDm 6.4% Tutte e tre le scrivanie raggiungono un FLD sufficiente Abbagliamento: no Forma e dimensione delle finestre • Dimensioni stanze: • Il rapporto altezza/profondità stanza dovrebbe essere di 1,5 nel caso di finestre tradizionali e tra 1,5 e 2,5 in presenza di light-shelfs - Nel caso di illuminazione zenitale la distanza tra i lucernari non deve mai essere superiore all'altezza del locale Proprietà del sito • Ostruzioni esterne: Gli ultimi piani del fabbricato sono meno influenzati dalle ostruzioni esterne e quindi godono di una maggiore quantità di luce naturale Proprietà del sito • Esempio - Effetto di ostruzioni esterne sui livelli di illuminamento interni (simulazioni eseguite con il software Daylight Visualizer) - R.A.I. 1/5 - Tv 0.78 - riflettanza muri interni 0.65, muri esterni 0.50, pavimento 0.30, soffitto 0.90 FLD nei quattro piani del fabbricato Superfici La disponibilità di luce naturale varia in funzione del trattamento superficiale delle pareti: un materiale chiaro e liscio rifletterà più luce di un materiale scuro e ruvido Proprietà dei materiali • Coefficienti di riflessione consigliati: 80% soffitto, 50%-70% pareti, 20%-40% pavimento grandezze MH2020/LFe/ MAY2008 Le grandezze Come calcoliamo la luce naturale? Utilizzando principalmente tre parametri: ILLUMINANZA LUMINANZA FATTORE MEDIO DI LUCE DIURNA Le grandezze - ILLUMINANZA Sapendo che il LUMEN (lm) è l’unità di misura del flusso luminoso Si definisce ILLUMINANZA la quantità di luce che incide su una superficie e la si calcola utilizzando come unità di misura il LUX pari a un lumen su metro quadro lx = lm/mq In pratica se attraverso una finestra entrano 2000 lm in una stanza di 10 mq, avremo una distribuzione media di 100 lux N.B. La misurazione solitamente si effettua su un piano di lavoro h.0,85 m Le grandezze - ILLUMINANZA Luxmetro: utile strumento per effettuare le misurazioni dell’illuminazione e valutarne quindi la qualità grazie al sensore installato è in grado di riportare sul display i valori in Lux in un dato punto Le grandezze - ILLUMINANZA Valori di illuminamento consigliati in base alle diverse destinazioni d'uso (ISO 8995) - i valori minimi e massimi sono riferiti alla zona interessata dalla verifica. Le grandezze - ILLUMINANZA Valori di illuminamento consigliati in base alle diverse destinazioni d'uso (ISO 8995) - i valori minimi e massimi sono riferiti alla zona interessata dalla verifica. Le grandezze - LUMINANZA Si definisce LUMINANZA la quantità di luce riflessa da una superficie e la si calcola utilizzando come unità di misura Cd/mq Candele a metro quadro Misura la sensazione di abbagliamento percepita dall’occhio. La distribuzione delle luminanze nello spazio può essere descritta in relazione alla posizione di un osservatore e ad una direzione di osservazione. Le grandezze - LUMINANZA Equilibrio di luminanze Importante per il comfort visivo è la “mappatura” delle luminanze all’interno di un ambiente Il comfort visivo è garantito da una adeguata gradazione dei contrasti nel campo visivo (inteso come campo centrale di visione, sfondo e ambiente). Se le differenze di luminanza all’interno del campo visivo diventano eccessive si verifica il fenomeno dell’abbagliamento, causando fastidio o diminuzione delle capacità visive. Le grandezze - LUMINANZA Equilibrio di luminanze Nel primo esempio proposto la qualità della luce è buona: - distribuzione uniforme nella stanza; - campo visivo confortevole; - assenza di forti contrasti di colore (rosso-blu) che provocano una sensazione di “discomfort” visivo. Non altrettanto nel secondo… Le grandezze - LUMINANZA Nella progettazione di un fabbricato è indispensabile verificare che il contrasto di luminanza resti all'interno dei seguenti rapporti: 3:1 fra un oggetto e il suo sfondo (ottimale) 10:1 fra un oggetto e le superfici lontane più scure, per svolgere un lavoro (ottimale) 20:1 fra le sorgenti luminose e il loro intorno (accettabile) superiore al rapporto 20:1 (fastidiosa/intollerabile) Le grandezze – Fattore Medio di Luce Diurna La disponibilità di luce naturale varia con il passare delle ore, delle stagioni o delle condizioni climatiche e per questo motivo l'illuminanza interna da sola non fornisce informazioni sufficienti per una corretta progettazione. Il FATTORE DI LUCE DIURNA esprime il rapporto fra l’illuminamento che si ha in un punto interno di un edificio in un dato momento (E) e l’illuminamento naturale che si ha simultaneamente su un piano esterno (E0 ), calcolati con cielo coperto; trascurando cioè il contributo dell’irraggiamento diretto. Il FATTORE MEDIO DI LUCE DIURNA è la media matematica delle misurazioni all’interno dell’ambiente considerato. Le grandezze – Fattore Medio di Luce Diurna Calcolo manuale Le grandezze – Fattore Medio di Luce Diurna Software normativa MH2020/LFe/ MAY2008 1 2 3 4 NORMATIVA NAZIONALE NORMA UNI 10840:2007 Luce e illuminazione: locali scolastici e criteri generali per l’illuminazione artificiale e naturale
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